Расчет и конструирование железобетонных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине

«Строительные конструкции»

На тему:

«Расчет и конструирование железобетонных конструкций»

Введение

В данном курсовом проекте разработано три элемента железобетонных конструкций:

ь Панель перекрытия гражданского здания с круглыми пустотами;

ь Сборная железобетонная колонна среднего ряда гражданского здания;

ь Центрально-нагруженный фундамент под колонну среднего ряда гражданского здания

Часть исходных данных получено в задание: тип панели, временные нагрузки, размеры здания, класс рабочей арматуры. Оставшаяся часть принята самостоятельно. По всем данным составлены расчетные схемы, подсчитаны нагрузки, выполнены статические расчеты, рассчитаны и за конструированы заданные железобетонные элементы.

железобетонный здание гражданский фундамент

1. Расчет и конструирование панели перекрытия с круглыми пустотами

Требуется разработать панель перекрытия гражданского здания. Пролет плиты (L) 5,6 м; шаг внутренних колонн 6 м; временная нагрузка на перекрытие Р=4000Н/м²; ширина панели (B) 1,2 м; высота сечения 22 см.

Сбор нагрузок:

Таблица 1

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка, Н/м2
1	2	3	4
Постоянная: ь От паркетного полаt=0,02 м; ??=800 кг/м3 ь От шлакобетонного слоя t=0,065 м; ??=1600 кг/м3 ь От звукоизоляционной пенобетонной плиты t=0,06 м; ??=300 кг/м3 ь От собственного веса ж/б плиты t=0,11 м; ??=2500 кг/м3	160 1040 300 2750	1,1 1,2 1,2 1,1	176 1249 360 3025
Итого	gн=4250		g=4810
Временная: ь Кратковременная ь Длительная	2800 1200	1,3 1,3	3640 1560
Итого	Рн=4000		Р=5200
ь Кратковременная нагрузка ь Постоянная и длительнодействующая нагрузка	2800 5450		3640 6370
Итого	8250		10010

1.1 Статический расчет

На погонный метр длины панели шириной 120 см действуют следующие нагрузки, Н/м²:

ь Кратковременная нормативная: , Н/м, Н/м;

ь Кратковременная расчетная: , Н/м, Н/м;

ь Постоянная и длительная нормативная: , Н/м, Н/м;

ь Постоянная и длительная расчетная: , Н/м, Н/м;

ь Полная нормативная: , Н/м, Н/м;

ь Полная расчетная: , Н/м, Н/м.

Величина расчетного пролета панели при глубине опирания () 150 мм будет:

, м

 м

Расчетный изгибающий момент от полной нагрузки при коэффициенте надежности () по назначению здания II класса равным 0,95, определяем по формуле:

где - полная расчетная нагрузка, Н/м



Расчетный изгибающий момент от полной нормативной нагрузки (для расчета прогибов и трещеностойкости, =1)

где - полная нормативная нагрузка, Н/м

Расчетный изгибающий момент от нормативной кратковременной нагрузки при коэффициенте надежности =0,95, определяем по формуле:

где - кратковременная нормативная нагрузка, Н/м

Расчетный изгибающий момент от расчетной кратковременной нагрузки при коэффициенте надежности =0,95, определяем по формуле:

где - кратковременная расчетная нагрузка, Н/м

Максимальная поперечная сила на опоре от расчетной нагрузки:



где - полная расчетная нагрузка, Н/м

1.2 Расчет несущей способности сечений

Принимаем панель перекрытия из бетона класса В30; МПа; МПа; МПа; ;

Продольную рабочую арматуру из стали класса АIII; МПа;

Поперечную арматуру из стали класса АI; МПа; МПа;

Арматуру полки из сварных сеток из проволоки класса ; МПа; МПа

Панель рассчитываем как балку прямоугольного сечения с размерами , см (117Ч22 см).

Для расчета поперечного сечения с шестью пустотами ш 159 мм приводим к эквивалентному двутавровому сечению. При этом заменяем круглые пустоты на прямоугольные, той же площади и момента инерции.

Высота полки расчетного сечения двутавра:



Приведенная толщина стенки двутавра:

Расчет по прочности нормальных сечений:

Из вспомогательной таблице для расчета изгибаемых элементов прямоугольного сечения, армированных одиночной арматурой, находим е и з: е=0,07; з=0,965.

Высота сжатой зоны:

следовательно, нейтральная ось проходит в полке и сечение моно рассчитывать как прямоугольное.

Площадь сечения рабочей арматуры:



Для рассчитываемой конструкции рабочую арматуру целесообразнее разместить под нечетными ребрами, всего 4 стержня. Подбираем: 4?16АIII с

Расчет по прочности наклонных сечений:

Находим коэффициент, учитывающий влияние свесов сжатых полок в плите при 7 ребрах:

0,39<0,5

Найдем:

где - коэффициент для тяжелого бетона, =2;

- коэффициент, учитывающий усилие обжатия перед напряженной арматурой, =0;

В расчетном наклонном сечении:



Вычисляем проекцию «С» наклонного сечения по формуле:

Принимаем С=38 см, тогда

Следовательно, прочность наклонного сечения обеспечивается бетоном и поперечная арматура, по расчету не требуется. Ее ставим по конструктивным требованиям в опорных зонах с шагом:

.

Назначаем поперечную арматуру в виде: ?6АIII

Расчет прогибов:

Расчет прогибов выполняется приближенным методом по формуле:

где - кривизна панели в середине пролета. Определяем по формуле:

Конструирование армирования пустотной панели перекрытия.

Конструирование выполняется по требованиям норм и по опыту проектирования типовых конструкций.

В результате конструирования выполнен сборочный чертеж армирования панели перекрытия, чертежи каждого арматурного элемента, спецификация арматуры и выборка арматурной стали (по диаметру и классу).

Рабочая арматура входит в сетку С-1, расположенную у нижней растянутой грани. Поперечная арматура этой сетки является монтажной по отношению к рабочей арматуре, и кроме того может воспринимать изгибающие моменты в поперечном направлении от возможных осадок опор или монтажных нагрузок.

Каркасы КР-1, размещенные в опорах зонах панели, усиливают прочность наклонных сечений по поперечной силе.

Сетка С-2 устанавливается по конструктивным требованиям для восприятия изгибающих моментов в поперечном направлении.

М-1 - монтажные петли.

Таблица 2. Спецификация арматуры панели перекрытия с круглыми пустотами

Марка арматурного изделия	Позиция	Наименование	Кол-во	Масса единицы, кг	Масса изделия, кг
Педпанпряженная арматура	1	Ш16AIII, L=5580 ГОСТ 5781-82	4	1,578	6,312
С-1	2	ш14AIII, L=5550 ГОСТ 5781-82	4	1,109	4,436
	3	ш6AIII, L=1160 ГОСТ 5781-82	19	0,222	4,218
С-2	4	ш4BpI, L=5550 ГОСТ 6727-82	7	0,098	0,686
	5	ш4BpI, L=1150 ГОСТ 6727-82	23	0,098	2,254
КР-1	6	ш4BpI, L=1800 ГОСТ 6727-82	16	0,098	1,568
	7	ш6AIII, L=200 ГОСТ 5781-82	72	1,108	79,776
М-1	8	ш12AI, L=1190 ГОСТ 5781-82	4	0,888	3,552
Итого:	102,802

Таблица 3. Выборка арматурной стали

ш16AIII ГОСТ 5781-82	ш14AIII ГОСТ 5781-82	ш12AI ГОСТ 5781-82	ш6AIII ГОСТ 5781-82	ш4BpI ГОСТ 6727-82	Итого:
6,312	4,436	3,552	83,994	4,508	102,802

2. Расчет сборной железобетонной колонны

Рассчитать и сконструировать колонну среднего ряда пятиэтажного гражданского здания. Сетка колонн 6Ч6 м, высота этажа 2,4 м, МПа. Продольная арматура из стали класса АII. Бетон класса В20, здание возводится в III районе по весу снегового покрова. Коэффициент надежности по назначению =0,95. Считаем, что нагрузка приложена по оси колонны, в расчете учитываем случайный эксцентриситет .

Нагрузки от перекрытий принимаем такие же, как при расчете панели перекрытия.

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка, Н/м2
1	2	3	4
Постоянная: ь От паркетного пола t=0,02 м; ??=800 кг/м3 ь От шлакобетонного слоя t=0,065 м; ??=1600 кг/м3 ь От звукоизоляционной пенобетонной плиты t=0,06 м; ??=300 кг/м3 ь От собственного веса t=0,11 м; ??=2500 кг/м3	160 1040 300 2750	1,1 1,2 1,2 1,1	176 1249 360 3025
Итого	gн=4250		g=4810
Временная: ь Кратковременная ь Длительная	2800 1200	1,3 1,3	3640 1560
Итого	Рн=4000		Р=5200
ь Кратковременная нагрузка ь Постоянная и длительно действующая нагрузка	2800 5450		3640 6370
Итого (полная нагрузка)	8250		10010

Эти нагрузки передаются на рассчитываемую колонну с площади (), которая при шаге колонны 6 м равна 36 м². Расчет ведем для колонны первого этажа.

Высоту и ширину сечения ригеля принимаем:

(кратно 5 см)

При этих размерах масса ригеля на 1 м длины составляет:

а на 1 м²

Нагрузка, приходящаяся на колонну от одного ригеля будет:

где - плотность, кг/м³;

- коэффициент надежности по нагрузке

Сечение колонны принимаем:  см. Расчетная длина колонны равна высоте этажа, 2,4 м с учетом некоторых защемлений колонны в фундаменте (только для первого этажа, а для последующих расчетная длина будет равна высоте этажа):  м

Собственный расчетный вес колонны:



Расчет нагрузки от покрытия и перекрытия:

ь Усилие от полной нагрузки на колонну

ь Усилие от кратковременной нагрузки на колонну:

ь Усилие от постоянных и длительно действующих нагрузок:

2.1 Расчет прочности колонны

Усилие с учетом =0,95 будут:

ь

ь

Сечение колонны 30Ч30 см, бетон класса В20 МПа, МПа, арматура из стали класса АII, МПа, ;

Предварительно вычисляем:

ь отношение ;

ь гибкость колонны , следовательно, необходимо учитывать прогиб колонны;

ь эксцентриситет , а так же не менее ; принимаем расчетное значение - 1 см;

ь расчетная длина колонны , значит расчет колонны можно выполнить по формуле:

где при  мм; при  мм

Задаемся процентом армирования (коэффициент ) и вычисляем:

При и по табл. 2.15 (значение коэффициентов и ) коэффициент и полагая, что , , а коэффициент по формуле:

требуемая площадь сечения продольной арматуры:

Принято конструктивно 4ш25 АII,



что больше ранее принятого , поэтому следует увеличить бетонное сечение (40Ч40) и повторить расчет:

Принято конструктивно 4ш25 АII,

что вполне допустимо.

3. Расчет центрально-нагруженного фундамента под колонну среднего ряда

Рассчитать и сконструировать железобетонный фундамент под колонну среднего ряда. Бетон класса В15, арматура нижней сетки из стали класса АIII, конструктивная арматура класса АI. Условное расчетное сопротивление основания R₀=0,3 МПа. Глубина заложения фундамента Н₁=1,7. Средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах г_mf=20 кН/м³

Расчетные характеристики материалов: для бетона класса В15, МПа, МПа, ; для арматуры класса АIII МПа.

Расчетная нагрузка на фундамент от колонны с учетом =0,95, . Сечение колонны 30Ч30 см. определяем нормативную нагрузку на фундамент:

где - средний коэффициент надежности по нагрузке (приближенно 1,15-1,20).

Требуемая площадь фундамента:

Размеры сторон квадратного в плане фундамента , принимаем а=2,5 м, =7,29 м².

Определяем высоту фундамента. Вычисляем наименьшую высоту фундамента из условий продавливания его колонной по поверхности пирамиды при действии расчетной нагрузки, используя приближенную формулу:

где - напряжение в основании фундамента от расчетной нагрузки,

Полная минимальная высота фундамента:

где - толщина защитного слоя бетона, 4 см

Минимальную рабочую высоту первой ступени (снизу) определяем по формуле:



Конструктивно принимаем  см,  см

Проверяем соответствие рабочей высоты нижней ступени фундамента условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении, начинающемся в сечении 1-1. На 1 м ширины этого сечения поперечная сила:

Минимальное поперечное усилие , воспринимаемое бетоном (по СНиП 2.03.01-84, п. 3.31):

где  - для тяжелого бетона;

-для плит сплошного сечения;

-ввиду отсутствия продольных сил

Так как , то условие прочности удовлетворяется.

Размер 2 и 3 ступеней фундамента принимают так, чтобы внутренние грани ступеней не пересекали прямую, проведенную под углом 45? к грани колонны на отметки верха фундамента.

Проверяем прочность фундамента на продавливание по поверхности пирамиды, ограниченной плоскостями, проведенными под углом 45? к боковым граням колонны, по формуле:

где - площадь основания пирамиды продавливания при квадратных в плане колонне и фундаменте, Н

где

- среднее арифметическое между параметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания в пределах полезной высоты фундамента :

Подставляем в формулу, вычисленные значения:

условие против продавливания удовлетворяется.

При подсчете арматуры для фундамента за расчетные принимаем изгибающие моменты по сечениям, соответствующим расположению уступов фундамента как для консоли с защемленным концом:

Подсчет потребного количества арматуры в разных сечениях фундамента в одном направлении:



Принимаем сетку ш14 мм класса АIII по сечению 3-3 с ячейками 16Ч16 см, в одном направлении.

Размещено на Allbest.ru